OPs in der Praxis
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 | AllgemeinesEin Operationsverstärker ist ein leicht zu handhabendes Bauelement, mit dem man ohne große Verrenkungen bei der Berechnung der Bauteile eine funktionierende Schaltung aufbauen kann. Allerdings sagen die Grundschaltungen nur etwas über die grundlegende Arbeitsweise aus. Was man in der Praxis noch alles zusätzlich berücksichtigen muß, darüber schweigen sich Grundschaltungen immer aus. Nachfolgend erfahren Sie daher anhand eines Beispiels, wie man einen nichtinvertierenden Verstärker (Elektrometerverstärker) richtig dimensioniert und was man beim Aufbau beachten sollte. Damit das Beispiel nicht allzu einfach wird und sich auf die Berechnung zweier Widerstände reduziert, bitte ich um Nachsicht dafür, daß es aus heutiger Sicht etwas antiquarisch anmutet (wer benutzt schließlich heute noch ein Tonbandgerät?).Nichtinvertierender VerstärkerAm Beispiel eines Anpaßverstärkers wird die Dimensionierung und der Aufbau eines nichtinvertierenden Verstärkers erklärt. Es sei für das Beispiel angenommen, daß Sie ein älteres Tonbandgerät mit niedriger Ausgangsspannung an eine moderne HiFi-Anlage anschließen wollen.Das Tonbandgerät habe folgende Daten:
Der Verstärker habe folgende Daten:
Wie man sofort sieht, liefert das Tonbandgerät für den Verstärker zu wenig Spannung. Beim Umschalten von z.B. CD auf Tonbandgerät würde daher die Lautstärke stark zurückgehen. Das kann man zwar mit dem Lautstärkesteller korrigieren, aber es ist lästig, und außerdem erreicht man bei zu geringer Eingangsspannung nicht die maximal mögliche Ausgangsleistung der Stereoanlage. Weiterhin ist der Ausgangswiderstand des Tonbandgeräts viel zu hoch für den Eingangswiderstand des Verstärkers. Die Folge wäre, daß die ohnehin zu geringe Ausgangsspannung noch weiter zurückgeht, weil der Ausgangswiderstand des Tonbandgeräts mit dem Eingangswiderstand des Verstärkers einen Spannungsteiler 1:3 bildet, d.h. nur ein Drittel der Ausgangsspannung am Verstärkereingang anliegt. Zusätzlich würde der recht hohe Ausgangswiderstand mit der Eingangskapazität einen Tiefpaß mit ca. Um dem abzuhelfen, kann man einen Anpaßverstärker verwenden, der einen hohen Eingangswiderstand bei kleiner Eingangskapazität besitzt. Die Ausgangsimpedanz sollte klein sein, und die Verstärkung sollte die Ausgangsspannung des Tonbandgeräts auf die Nenn-Eingangsspannung des Verstärkers anheben. Nachfolgend ist beschrieben, wie man mit einem Operationsverstärker einen für diesen zugegeben eher hypothetischen Zweck passenden Anpaßverstärker berechnen kann. Berechnung der AnforderungenBevor man anfängt, eine Schaltung zu dimensionieren, muß man zunächst einmal die genauen Anforderungen kennen. "Sie soll das Signal irgendwie verstärkern" ist viel zu ungenau. Wichtig sind im Detail ein hoher Eingangswiderstand, eine geringe Eingangskapazität, ein geringer Ausgangwiderstand und eine genau passende Verstärkung.Eingangswiderstand Auch wenn ein möglichst hoher Eingangswiderstand die Belastung des Tonbandausgangs gering hält, muß der Eingangswiderstand nicht unendlich hoch sein. Eine Faustregel besagt, daß sie im Regelfall mindestens zehnmal so groß wie der Ausgangswiderstand der Signalquelle sein soll. Bei Eingangskapazität Die Eingangskapazität sollte grundsätzlich so gering wie möglich sein. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses, der sich zusammen mit dem Ausgangswiderstand der Signalquelle ergibt, sollte möglichst über dem Hörbereich liegen. Diese berechnet sich wie folgt:  Wenn man Ausgangswiderstand Aus der o.g. Faustregel bezüglich des Eingangswiderstands folgt umgekehrt, d.h. wenn der Eingangswiderstand festliegt, daß der Ausgangswiderstand ein Zehntel des Eingangswiderstands der nachfolgenden Stufe oder weniger betragen sollte. Weiterhin bildet er mit der Eingangskapazität des Verstärkers und der Kabelkapazität einen Tiefpaß. Da mit Operationsverstärkern auch sehr geringe Ausgangswiderstände leicht zu realisieren sind, sollte man deutlich weniger als Verstärkung Man darf Äpfel (Effektivwerte) nicht mit Birnen (Spitze-zu-Spitze-Werte) vergleichen. Deshalb muß man zuerst einmal den Effektivwert in den Spitze-zu-Spitze-Wert umrechnen oder umgekehrt. Zusammengefaßt ergeben sich folgende Anforderungen an den Anpaßverstärker:
SchaltungsdetailsReale nichtinvertierende Verstärker für Audiosignale sind normalerweise nicht gleichspannungsgekoppelt, weil sich bei gleichspannungsgekoppelten Verstärkern viele Probleme ergeben, ohne daß dies auch nur den geringsten Vorteil hätte (viele der unsäglichen HiFi-Verstärker der 70er Jahre waren gemäß dem damaligen Diktat der sogenannten "High-Ender" gleichspannungsgekoppelt). Ihnen ist daher ein Hochpaßfilter vorgeschaltet, das Gleichspannungsanteile vom Operationsverstärker fernhält. Die komplette Schaltung ist in
Widerstand R1 bestimmt den Eingangswiderstand der Schaltung, wenn man davon ausgeht, daß der Eingangswiderstand des Operationsverstärkers erheblich hochohmiger ist, was beim weit verbreiteten und preisgünstigen Typ TL071 auf jeden Fall zutrifft. Wie oben ermittelt, soll er mindestens ein Wert von Die Verstärkung berechnet sich zu StromversorgungOperationsverstärker werden üblicherweise mit einer symmetrischen Betriebsspannung, d.h. einer positiven und einer gleichgroßen negativen Spannung versorgt. Wichtig ist, daß diese Spannungen brummfreiDer Stromverbrauch des Operationsverstärkers ist sehr gering und beträgt beim gewählten Typ TL071 nur ca. Auswahl eines passenden OperationsverstärkersDie Anzahl von verschiedenen Typen an Operationsverstärkern ist unüberschaubar groß. Links zu vielen Herstellern, die Datenblätter zum Download anbieten, finden Sie in den Technik-Links | |||||||||||||||||||||||||||
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